báo cáo tham luận ĐÁnh giÁ tÁc ĐỘng cỦa …...báo cáo tham luận ĐÁnh giÁ tÁc...

Báo cáo tham luận

ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA VIỆC ĐỊNH NGHĨA LẠI ĐƠN VỊ CƠ BẢN SI ĐẾN LIÊN KẾT CHUẨN CỦA

QUATEST3

Tp. Hồ Chí Minh 11/05/2018

Người trình bày:Nguyễn Anh Triết

Trung tâm Kỹ Thuật 3

Nội dung

1. Tổng quan về việc sửa đổi định nghĩa đơn vị SI

- Thực trạng hiện nay

- Tư duy và mục đích thay đổi

- Định nghĩa mới 04 SI (dự kiến)

2. Tác động của việc định nghĩa lại SI đối với hệ thống đo lường

3. Kết luận

2

Tài liệu tham khảo

- Trang website chính thức của Văn phòng Cân đo quốc tế BIPM

https://www.bipm.org/en/measurement-units/rev-si/

3

Tổng quan

- Hệ SI bắt đầu với hệ MKS với các chuẩn kích thước của con người dựatrên những gì mà tại thời điểm đó được xem là bất biến như: vòng quaycủa trái đất, kích thước của trái đất, khối lượng bắt nguồn từ một lượngnước nhất định

- Cùng với tiến bộ của khoa học công nghệ đã chứng minh những bấtbiến đó không thực sự là bất biến. Vì thế các chuẩn đơn vị đo cầnđược thay thế bằng định nghĩa khác

- Các viện đo lường quốc gia (NMI), Viện Cân đo Quốc tế (BIPM) đã nỗlực trong nhiều thập kỷ qua để thúc đẩy hệ đơn vị đo Quốc tế (SI) saocho các đơn vị cơ bản SI có thể được xác định theo các biến đổi của tựnhiên, các hằng số vật lý cơ bản hoặc các thuộc tính của các nguyên tử

- Thực trạng hệ SI hiện nay như sau:

4

Thực trạng hệ SI hiện nay

+ Kilôgam được xác định theo vật liệu nguyên liệu, đólà nguyên mẫu quốc tế của kilôgam (cuộc họp đầutiên của CGPM, 1889, cuộc họp thứ 3 của CGPM,1901).

Sự ổn định lâu dài của chuẩn kg không được đảmbảo

+ Ampere là dòng không đổi, được duy trì trong hai dâydẫn song song có chiều dài vô hạn, đặt cách nhau 1m trong chân không, sẽ tạo ra giữa các dây dẫn nàymột lực bằng 2x10–7 N mỗi mét dài

5

+ Mol là lượng chất của một hệ thống chứa nhiều thực thể cơ bản có các nguyêntử trong 0,012 kg carbon 12

Ampere và Mol phụ thuộc vào kilôgam

+ Kelvin được định nghĩa về mặt tính chất bên trong của nước

Phụ thuộc vào độ tinh khiết và thành phần đồng vị của nước

Thực trạng hệ SI hiện nay

+ Giây được định nghĩa bằng cách lấy giá trị số của tần số chia tách siêu trạngthái của nguyên tử Cesi ΔνCs (133Cs) là 9 192 631 770 Hz

+ Mét được định nghĩa bằng cách lấy giá trị của vận tốc ánh sáng trong chânkhông c là 299 792 458 m/s, trong đó giây được xác định theo ΔνCs

+ Candela được định nghĩa bằng cách lấy giá trị của hiệu quả chiếu sáng Kcdcủa bức xạ đơn sắc ở tần số 540×1012 Hz là 683 lm/W, mà lm/W = cd sr/W =cd.sr.kg-1.m-2.s3 (cd hiện đang phụ thuộc vào kg)

04 đơn vị kg, A, K, mol dựa trên bản chất nguyên vật liệu mà chưa dựa vàohằng số vật lý, nên cần phải định nghĩa lại.

- Tư duy và mục đích cần định nghĩa lại kg, K, A, mol

6

Tư duy và mục đích định nghĩa lại kg, K, A, mol

+ Hệ SI được sửa đổi hoàn toàn dựa trên các hằng số cơ bản của tựnhiên để Kilôgam không phụ thuộc vào vật liệu, Kenvin không phụ thuộcvào bản chất của nước, ampere không dựa trên một định nghĩa khó, mol sẽthay đổi thành một định nghĩa thực tế hơn. Ngoài ra không làm ảnh hưởngđến các định nghĩa giây, mét và candela

+ Hệ SI: phải có tính thống nhất và có thể tiếp cận trên toàn thế giới trongthương mại quốc tế, sản xuất chế tạo công nghệ cao, an toàn & sức khỏecon người , bảo vệ môi trường, nghiên cứu khí hậu toàn cầu và khoa học cơbản

+ Hệ SI cần phải ổn định dài hạn, nhất quán nội tại và trên thực tế đượcthể hiện dựa trên mô tả lý thuyết của tự nhiên ở mức độ cao

- Quá trình tiến tới SI mới

7

Quá trình tiến tới SI mới

Việc sửa đổi hệ SI được đưa ra ở NQ1 ở cuộc họp lần 24 của CGPM năm2011 và được xác nhận lại vào cuộc họp lần 25 của CGPM năm 2014. Đếncuộc họp lần 26 của CGPM vào tháng 05/2018 sẽ có quyết định chính thứcvề hệ SI sửa đổi này và nó sẽ chính thức có hiệu lực vào 20/5/2019.Trong đó, 7 đơn vị cơ bản xác định dựa trên 7 hằng số vật lý.

1. Tần số phân giải siêu tinh tế trạng thái của nguyên tử sêsi 133 Δν (133Cs): 9 192 631 770 Hz,

2. Vận tốc của ánh sáng trong chân không c: 299 792 458 m/s

3. Hằng số Planck h: 6,626 070 15×10-34 J.s

4. Điện tích nguyên tố e: 1,602 176 634×10-19 C

5. Hằng số Boltzmann k chính xác: 1,380 649×10-23 J/K

6. Hằng số Avogadro NA chính xác: 6,022 140 76×1023 mol -1

7. Hiệu quả chiếu sáng Kcd của bức xạ đơn sắc ở tần số 540×1012 Hz là 683 lm/W

8

Định nghĩa mới kg, A, K, mol (dự kiến)

+ Kilôgam (kg) là đơn vi đo SI về khối lượng. Nóđược định nghĩa bằng cách lấy giá trị số của hằng sốPlanck h là 6,626 070 15×10-34 J.s, mà J.s = m2 kg s-1

trong đó mét và giây được xác định theo c và ΔνCs

+ Ampere (A) là đơn vị đo SI về dòng điện. Nó đượcđịnh nghĩa bằng cách lấy giá trị số của điện tích nguyêntố e là 1,602 176 634×10-19 C, mà C = A.s trong đógiây được xác định theo ΔνCs

9

+ Kelvin (K) là đơn vi đo SI về nhiệt độ nhiệt động lực học. Nó được địnhnghĩa bằng cách lấy giá trị số của hằng số Boltzmann k 1,380 649×10-23 J/K, màJ/K = m2 kg s-2 K-1, trong đó kilogram, mét và giây được xác định theo h, c vàΔνCs;

+ Mol (mol) là đơn vi đo SI về lượng chất. Một mol chứa chính xác là 6,022140 76×1023 nguyên tố. Đây là số của giá trị hằng số Avogadro NA.

+ Định nghĩa về giây, mét, candela không thay đổi

04 định nghĩa mới tác động đến đo lường?

Tác động đến lĩnh vực đo lường và QUATEST3

1. Đơn vị kilôgam, kg

+ Kilôgam: được xác định bằng PP cân Kibble(Watt) hoặc PP Avogdro (tỷ trọng tinh thể tia X)dựa trên hằng số Planck. Giá trị của hằng sốPlanck sẽ được chọn mà không làm thay đổiđơn vị đo kg ở thời điểm định nghĩa lại.

Mục đích chung là cố gắng đạt tới ĐKĐB đochuẩn tương đối 1,5.10-8 trong việc thể hiệnđịnh nghĩa mới của kilôgam

ĐKĐB đo mà các viện đo lường cung cấp chokhách hàng hầu như sẽ không bị ảnh hưởng.

10


- Sơ đồ liên kết chuẩn kg của NMIs trong tương lai

11


- Sơ đồ liên kết chuẩn 1 kg của QUATEST3

12

STANDARD WEIGHTS E2

1 kg, u=250 µg

NATIONAL METROLOGY INSTITUTE

STANDARD WEIGHTS E1

1 kg, u= 80 µg

Mass Comparator Mettler; Sartorius

(d=10 μg; 1 μg; 0,1 μg)

+ Theo PP trên, sự thay đổi của ĐKĐB đo chuẩn đếnngười sử dụng 1kg khoảng 10 µg so với hiện tại

+ QUATEST3 hiệu chuẩn quả cân 1 kg E2, cấp ĐKĐBđo chuẩn khoảng 250 µg

Sự thay đổi này là không đáng kể. Do đó khi có địnhnghĩa mới ra đời thì không cần phải hiệu chuẩn lại ngaymà có thể gửi hiệu chuẩn định kỳ theo kế hoạch.


- Một số chuẩn chính khối lượng và các đại lượng liên quan củaQUATEST3

13

TT Tên chuẩn Chính xác Lĩnh vực

01 Quả cân chuẩn, 1 kg ZWIEBEL E0 Khối lượng

02 Quả cân chuẩn 1 mg- 1 kg SARTORIUS

E1 Khối lượng

Cân chuẩn

SARTORIUS/ METTLER

Max: 5g-20 kg

d: 0.1 µg-1 mg

Khối lượng

03 Thiết bị hiệu chuẩn

MOREHOUSE, L-5000 N

100 N-5 kN

0,002%

Lực

04 Áp kế piston

PRESSUREMENTS T2500/1

0,01% Áp suất


2. Đơn vị ampe, A

+ Ampe và các đơn vị đo điện khác được xác địnhở mức độ đo lường cao nhất. Các đại lượng đo điệnhệ SI này sẽ có những thay đổi nhỏ. Đối điện ápthay đổi khoảng 0,1 ppm, điện trở thay đổi nhỏhơn (khoảng 0,02 ppm)

Đối với đa số người sử dụng thì không cần cóđộng thái nào đối với những sự thay đổi này

Các nhà thực nghiệm khi làm việc ở mức chínhxác cao nhất mới cần hiệu chính giá trị của cácchuẩn và các nguồn ĐKĐB đo.

14


15

+ QUATEST3 liên kết chuẩnđơn vị A thông qua chuẩnđiện áp và chuẩn điện trở

+ Khi định nghĩa lại đơn vị A.Điện áp thay đổi khoảng 0,1ppm, điện trở thay đổi nhỏhơn (khoảng 0,02 ppm)

Thay đổi trên là khá nhỏ,không tác động đến việc liênkết chuẩn của TTKT3 vàkhách hàng

MULTI. CALIBRATORFLUKE 5700

1 V/10 V; U= 10 ppm


DC VOLTAGE REFERENCEFLUKE 7001

1.018 V/ 10 V; U=1.5 ppm

CUSTOMER

1 V/10 V DC; U= 15 ppm

DC RESISTOR STANDARDTINSLEY 5685A/ 5685B1 Ω/ 10 kΩ; U=6 ppm


DC RESISTOR STANDARDTINSLEY 5685A/ 5685B1 Ω/ 10 kΩ; U=1 ppm

CUSTOMER

1 Ω/ 10 kΩ; U=10 ppm

- Sơ đồ liên kết chuẩn Ampe của QUATEST3


- Một số chuẩn chính điện của QUATEST3

16

TT Tên chuẩn Chính xác/ ĐKĐB đo

Lĩnh vực

01 Chuẩn điện áp DCFLUKE 7001

1.018 V/ 10 VU: 1.5 ppm

Điện

02 Điện trở chuẩnTINSLEY 5685A/5685B

0,001 Ω-10 kΩ/ (1-5) ppm

Điện

03 Chuẩn đo điện đa năngAGILENT 3458

81/2 digits Điện

04 Chuẩn điện đa năngFLUKE 5700A

71/2 digits Điện

05 Chuẩn điện áp ACFLUKE 5790A

71/2 digits Điện

06 Chuẩn công suấtMTE C1-2

0,005% Điện


3. Đơn vị Kenvin, K

Kelvin được định nghĩa lại mà không gây ra ảnhhưởng trực tiếp đối với phép đo nhiệt độ và việctruyền chuẩn cho phép đo nhiệt độ

- Đối với đa số người sử dụng, việc sửa đổi đơn vịđo Kelvin sẽ diễn ra mà không tạo bất kỳ sự chú ýnào.

Định nghĩa mới về nhệt độ khi không phụ thuộcvào vật liệu và công nghệ sẽ chính xác hơn, đặcbiệt là việc xác định các điểm cực trị của nhiệt độ

- Sau khi định nghĩa lại, nhiệt độ Kenvin sẽ đượcthể hiện bằng phương pháp chuẩn đo nhiệt độnhiệt động lực học qua thang đo ITS-90 và PLTS-2000.

Không ảnh hưởng đến việc liên kết chuẩn củaQUATEST3

17

Liên kết chuẩn K, QUATEST3


STD. PLATINUM RESISTANCE THERMOMETER (SPRT)

(-196 to 660) oC

FLUKE 5681; U= 2 mK

CUSTOMER

(-196 to 660) oC; U=(10-20) mK


- Một số chuẩn chính nhiệt độ của QUATEST3

18

TT Tên chuẩn Chính xác Lĩnh vực

01 Điểm 3 của nước

HART SCIENTIFIC 5901

0,01 oC ± 0,0001 oC Nhiệt độ

02 Điểm nóng chảy của Gallium

ISOTECH- 7402B&M-17401

29,7646 oC ± 0,0002 oC Nhiệt độ

03 Chuẩn nhiệt kế điện trở platin

HART SCIENTIFIFC 5681

-200 oC to 660 oC

U: 2 mK

Nhiệt độ

04 Chuẩn nhiệt kế điện trở platin

HART SCIENTIFIFC 5624

0 oC to 1 000 oC

U: (5-12) mK

Nhiệt độ


4. Đơn vị mét, m

Mét vẫn tiếp tục được định nghĩa theo vận tốcánh sáng. Phép đo kích thước sẽ không cần sửađổi và sẽ tận dụng tính ổn định dài hạn được cảitiến của hệ thống đơn vị đo.

19

GAGE BLOCKS - GRADE 0 (0,5 - 100) mm


GAGE BLOCKS - GRADE KISO 3650:1998; (1-100)

mm

Gage Block Comparator

25 mm; 5 nm

TT Tên chuẩn Chính xác

01 Bộ căn mẫu cấp K

KOBA/ MITUTOYO/ TESA

(1-100) mm

cấp K

02 Bộ căn mẫu cấp 00

MITUTOYO

(0.5-1000) mm

cấp 0

03 Máy đo độ dài vạn năng

PRATT & WHITNEY

(0-1220) mm

±(0,05+0,5L/1000 µm)

Một số chuẩn chính độ dài

Liên kết chuẩn m, QUATEST3


5. Đơn vị giây, s

Thời gian: vẫn tiếp tục được định nghĩa theotần số chia tách siêu trạng thái của nguyên tửCesi (133Cs). Sơ đồ liên kết chuẩn hoàn toànkhông bị ảnh hưởng. Thời gian và tần số cũng sẽkhông bị tác động.

20

TT Tên chuẩn Chính xác

01 Chuẩn tần số

FLUKE 910R

U: 10-12

02 Máy phát tín hiệu

AGILENT, E8257D

U: 10-10

03 Máy đếm tần số/ thời gian

AGILENT, 53230A

U: 10-10

Một số chuẩn chính độ dài

Liên kết chuẩn s, QUATEST3


GPS-Rb FREQUENCY STANDARD

5 MHz;10 MHz; 10-12

Counter/ Timer

(0-6 GHz); U=10-10


6. Đơn vị mol

Mol được định nghĩa lại qua số phần tử (nguyên tử và phân tử) và sẽkhông còn phụ thuộc vào khối lượng (kg). Khối lượng nguyên tử sẽ khôngbị ảnh hưởng khi thay đổi định nghĩa và hằng số khối lượng của mol Muvẫn là 1 g/mol (có một độ không đảm bảo đo nhất định). ĐKĐB đo sẽnhỏ và việc định nghĩa lại mol cũng sẽ không đòi hỏi bất kỳ một thay đổinào trên thực tế.

7. Đơn vị candela, cd

Candela sẽ được định nghĩa qua hằng số quang học và tiếp tục liên kếtvới watt. Sự truyền chuẩn cho candela vẫn được thiết lập với ĐKĐB đonhư cũ vì phương pháp bức xạ sử dụng máy dò (detector) được hiệuchuẩn bằng phương pháp tuyệt đối.

21

Kết luận

- Hệ đơn vị SI đã được soát xét vài lần từ sau CGPM năm 1960. Tuy nhiên,việc điều chỉnh 4 đơn vị đo cơ bản vào cùng thời điểm đòi hỏi sự hợp táctrên toàn cầu trong nhiều lĩnh vực đo lường khác nhau.

- Việc thay đổi định nghĩa không ảnh hưởng đến cuộc sống hàng ngàyvà các phép đo xác định đơn vị đo theo các định nghĩa cũ vẫn đúng trongĐKĐB đo nhất định.

- Người sử dụng đơn vị đo nếu không thuộc các phòng thí nghiệm quốc gia thìgần như sẽ không nhận thấy một sự thay đổi nào.

- Sự thay đổi định nghĩa của đơn vị SI không nhằm đến đo lường pháp định,nhưng là thay đổi đáng kể trong tư duy và phương pháp của những chuyêngia nghiên cứu đơn vị đo lường.

22

23

Xin cám ơn quý vị đã chú ý lắng nghe !!!

báo cáo tham luận ĐÁnh giÁ tÁc ĐỘng cỦa …...báo cáo tham luận ĐÁnh giÁ tÁc...

Documents